SEMINAR LITERATUR

MENDETEKSI KERETAKAN PADA CABLE STAY PENYANGGA JEMBATAN

EFFENDI NIM: 0503120593

JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS RIAU PEKANBARU, 2009

1

LEMBAR PENGESAHAN JUDUL MAKALAH : MENDETEKSI KERETAKAN PADA CABLE STAY PENYANGGA JEMBATAN NAMA MAHASISWA NIM JURUSAN : EFFENDI : 0503120593 : FISIKA

DISETUJUI OLEH:

DOSEN PEMBIMBING

PENGELOLA SEMINAR

Dr. IWANTONO, M. Phil NIP: 132096137

Drs. RIAD SYECH, MT NIP: 130811513

2

ABSTRAK

Long Range Ultrasonik Testing (LRUT) merupakan teknologi yang paling cocok digunkan untuk mendeteksi keretakan pada cable stay penyangga jembatan. Jangkauan LRUT bisa mencapai lebih dari 100 m dalam satu kali pendeteksian sehingga teknik ini akan lebih efektif digunakan untuk mendeteksi kontruksi cable stay. Teknologi ini menggunakan gelombang akustik (ultrsonik) yang perambatannya memerlukan medium padat, cair dan gas. Gelombang ultrasonik tidak bisa merambat pada ruang hampa.

3

DAFTAR ISI

Halaman LEMBAR PENGESAHAN ......................................................................... ABSTRAK ................................................................................................... DAFTAR ISI................................................................................................ KATA PENGANTAR ................................................................................. BAB I. PENDAHULUAN............................................................................ 1.1. Latar Belakang ................................................................................. 1.2. Tujuan .............................................................................................. 1.3. Batasan Masalah ............................................................................... BAB II. LANDASAN TEORI ..................................................................... 2.1. Long Range Ultrasonik Testing ........................................................ 2.2. Ultrasonik ......................................................................................... 2.3. Gelombang Pandu ............................................................................ 2.4. Transduser Gelombang Akustik ........................................................ 2.5. Feromagnetik.................................................................................... BAB III. PEMBAHASAN ........................................................................... 3.1. Instrumentasi .................................................................................... 3.2. Prinsip Kerja..................................................................................... KESIMPULAN ............................................................................................ DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. i ii iii iv 1 1 2 2 3 3 3 4 6 7 8 8 9 12 13

4

KATA PENGANTAR

Dengan menyebut nama Allah SWT, puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat ALLAH SWT atas berkat rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan makalah ini dengan Judul Mendeteksi Keretakan pada Cable Stay Penyangga Jembatan. Dalam penyusunan bahan seminar ini penulis mengucapkan terima kasih kepada bapak Dr. Iwantono, M. Phil, Dr. Tang Anthoni dan yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan kepada penulis sehingga makalah ini bisa diselesaikan. Penulis mengucapkan terimakasih atas semua bantuan, saran dan kritik yang membangun, semoga makalah ini bermanfaat sesuai dengan kebutuhannya.

Pekanbaru, 04 Mei 2009

EFFENDI

5

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Indonesia merupaka Negara kepulauan yang terdiri dari ribuan pulau kecil dan besar. Selama ini untuk akses transportasi antar pulau menggunakan kapal dan ini membutuhkan waktu yang lama dan kurang efesien, jadi agar akses transportasi lebih cepat dan efesien dibangunlah jembatan. Dalam pembangunan jembatan agar lebih kokoh dipasang cable stay sebagai penyangga jembatan cable stay terbuat dari baja. Untuk menghindari terjadinya hal-hal yang tidak diinginkan maka cable stay perlu dikontrol dari kemungkinan adanya korosi atau keretakan. Untuk mengontrol cable stay dibutuhan alat yang akurat, cepat dan mudah untuk mendeteksi luar dan dalam cable stay. Metode pemeriksaan yang biasa digunakan adalah uji ultrasonik, radiography sinar X, dan arus eddy (Kwun, 2004). Uji ultrasonik menggunakan gelombang mekanik (ultrasonik) dalam

pendeteksian. Radiography sianar X menggunakan gelombang elektromagnetik, sedangkan arus eddy menggunakan listrik. Dari ketiga metode ini uji ultrasonik paling cocok digunakan untuk deteksi kelainan (anomali) pada cable stay. Anomali yang dimaksud adalah keretakan pada cable stay. Uji ultrasonik konvensional hanya dapat mendeteksi area yang kecil dalam satu waktu dan membutukan kontak langsung dengan area yang diperiksa (Kwun, 2004). Dengan demikian uji ultrasonik konvensional sulit dilakukan pada cable stay. Selain itu pendeteksian yang dilakukan menggunakan uji ultrasonik

konvensional sangat lambat sehingga membutuhkan waktu yang lama dikarenakan bentuk cable stay yang silinder dan ukuran yang panjang. Persoalan lainnya adalah posisi pemasangan cable stay yang sulit untuk melakukan pendeteksian. Solusi untuk menyelesaikan permasalahan ini yaitu dengan menggunakan teknologi Long Range Ultrasonik Testing (LRUT). Metode ini secara cepat dapat mendeteksi keretakan melalui pagkal dan tidak harus memanjat sampai keatas. Apabila cable stay diisolasi tidak perlu membuka dan membersihkan semua isolasinya tetapi cukup yang dibutuhkan saja untuk meletakkan sensor (Cawley, 2005). Jangkauan LRUT bisa mencapai lebih dari 100 m dalam satu kali deteksi. Pendeteksian dilakukan dengan memancarkan gelombang akustik, yaitu gelombang ultrasonik.

6

1.2. Tujuan dan Manfaat Tujuan dari penulisan makalah ini adalah: 1. Mendeteksi keretakan pada cable stay penyangga jembatan dengan

memanfaatkan gelombang akustik (ultrasonik). 2. Memberikan informasi secara dini kepada masyarakat dan pihak terkait tentang ada atau tidaknya keretakan pada jembatan.

1.3. Batasan Masalah Pendeteksian keretakan pada cable stay penyangga jembatan dengan menggunakan Long Range Ultrasonik Testing (LRUT).

7

BAB II LANDASAN TEORI

2.1. Long Range Ultrasonik Testing (LRUT) LRUT adalah teknologi yang digunakan untuk memeriksa secara tepat dan menyeluruh pada cable stay yang panjang dari suatu lokasi pemeriksaan (Kwun, 2001). Jangkaun LRUT bisa mencapai lebih dari 100 m dalam satu kali pendeteksian, sehingga lebih efektif dan efesien. Teknik ini akan lebih berguna untuk mendeteksi jika bagian dari struktur yang akan dideteksi tidak dapat dicapai, sebagai contoh pada pendeteksian cable stay yang diisolasi. Keunggulan atau keuntungan yang diperoleh dari teknik ini adalah ketika digunakan untuk mendeteksi cable stay yang diisolasi, maka tidak perlu membuka semua isolasi tetapi yang dibutuhkan saja (Cawley, 2005). Teknologi LRUT digunakan untuk mendeteksi keretakan cable stay dengan menggunakan gelombang ultrasonik.

Gelombang pandu

Gelombang pantulan

Retak

Cable Stay

Gelombang yang dipancarkan

Gambar 1. Prinsip Kerja LRUT 2.2. Gelombang Ultrasonik Gelombang ultrasonik merupakan gelombang akustik yang mempunyai frekuensi diatas 20 kHz atau diatas frekuensi pendegaran manusia. Sedangkan batas atas dari frekuensi gelombang ultrasonik ini belum dapat ditentukan dengan jelas (Widharto, 2004). Gelombang ultrasonik tidak dapat merambat dalam ruang hampa, tetapi membutuhkan medium dalam perambatanya. Medium perambatan ultrasonik dapat berupa padat, cair dan gas.

8

Gelombang ultrasonik memiliki panjang gelombang yang pendek, ini berarti gelombang tersebut dapat dipantulkan oleh permukaan medium yang sangat kecil seperti cacat internal pada material. Frekuensi ultrasonik yang sering dipakai untuk pengujian berkisar antara 0,5-25 MHz (Smilie, 1997). Hubungan panjang gelombang, frekuensi, kecepatan gelombang dari gelombang dapat dijelaskan dalam persamaan dibawah ini:v = f

(1)

Dengan:

v = kecepatan gelombang (m/s)f = frekuensi (Hz)

= panjang gelombang (m)2.3. Gelombang Pandu Gelombang pandu merupakan gelombang mekanik yang dipancarkan dalam suatu medium seperti cable stay dan plat, dimana pola rambatnya mengikuti bentuk geometri dari medium tersebut. Pada saat gelombang merambat, sifat geometri medium memberikan pengaruh yang besar terhadap perubahan atau karakteristik gelombang. Secara umum, gelombang pandu dapat memancar dalam bentuk gelombang yang bervariasi dan banyak (No Name, 2002). Untuk menggambarkan karakteristik dari gelombang pandu, sebagai contoh pada gambar 2.2, kurva respon penyebaran (hubungan antara kecepatan dan frekuensi gelombang) pada cable stay. Pada cable stay gelombang pandu keluar dalam 3 bentuk gelombang, yaitu gelombang longitudinal (L), gelombang torsional (T) dan gelombang flexural (F)

Gambar 2: Kurva Respon penyebaran (hubungan antara kecepatan dan frekuensi gelombang) pada cable stay (No Name, 2002).

9

Longitudinal

Torsional

Flexural

Gambar 3: Pola rambat gelombang longitudinal, torsional dan flexural dalam struktur berbentuk silindris (cable stay) 2.3.1. Gelombang Longitudinal Gelombang longitudinal disebut juga gelombang kompresi. Merambat di dalam medium sebagai rangkaian gerakkan bolak-balik dimana partikel medium yang bergerak searah dengan rambatan gelombangnya (Widharto, 2004).

Arah rambat gelombang Arah gerak partikel Gelombang longitudinal

Keadaan awal partikel Gambar 4: Pola Rambatan gelombang longitudinal (Widharto, 2004).

3.2. Gelombang Torsional Deteksi pada cable stay menggunakan gelombang pandu, dari ketiga bentuk gelombang yang muncul yang paling efektif digunakan adalah gelombang torsional. Gelombang torsional dibangkitkan dan dideteksi melalui suatu lapisan feromagnetik yang sangat tipis (No Name, 2002). Kelebihan gelombang torsional dibandingkan dengan gelombang longitudinal dan flexural adalah kecepatan rambatnya tidak dipengaruhi oleh aliran dan jenis fluida.

10

2.4. Transduser Gelombang Ultrasonik

Gambar 5: Suatu gaya magnetisasi H, menyebabkan dipole-dipole magnet terorientasi ke satu arah. Transduser gelombang ultrasonik menggunakan teknik magnetostrictive yang menggunakan bahan atau material feromagnetik seperti besi, nikel dan cobalt dimana ketika diletakkan dalam suatu medan magnet, maka material ini akan mengalami perubahan panjang. Hal ini terjadi karena material-material terdiri dari kumpulan magnet-magnet permanen yang sangat kecil atau disebut dipole-dipole magnet. Setiap dipole magnet terdiri dari atom-atom. Ketika suatu material tidak termagnetisasi, keadaan dipole-dipole magnetnya acak (random). Apabila material dimagnetisasi atau diberikan pengaruh medan magnet luar, maka dipole-dipole magnet dari material akan terorientasi ke satu arah, hal ini mengakibatkan terjadinya perubahan panjang pada material tersebut. Interaksi medan magnet luar dengan dipole-dipole magnet ini disebut dengan Effect Magnetostrictive (No Name, 2006). Fenomena ini dikemukakan pertama kali oleh James Prescott Joule pada tahun 1847, sehingga dikenal juga dengan istilahJoule Effect (Kwun, 1991). Sebaliknya deformasi fisis seperti adanya tekanan atau

regangan menyebabkan perubahan magnetisasi dalam material feromagnetik. Fenomena ini dikemukakan oleh Villari pada tahun 1864, dikenal dengan Inverse EffectMagnetostrictive atau Villari Effect (Kwun, 1991). Kedua fenomena ini dapat

digunakan untuk membangkitkan dan mendeteksi gelombang torsional dalam cable stay non feromagnetik.Pembentukan gelombang pandu Didasarkan pada Magnetostrictive(Joule) Effect. Pendeteksian gelombang pandu Didasarkan pada InverseMagnetostrictive (Villari Effect).

11

2.5. Feromagnetik Material feromagnetik mempunyai sifat magnet yang permanen. Feromagnetik muncul pada besi murni, kobalt dan nikel serta paduan dari logam-logam ini. Dalam bahan-bahan ini sejumlah kecil medan magnet luar dapat menyebabkan derajat penyearah yang tinggi pada moment dipol magnetik atomnya. Dalam beberapa kasus, penyearah ini dapat bertahan sekalipun medan pemagnetnya telah hilang. Hal ini terjadi karena moment dipol magnetik atom dari bahan-bahan ini mengerahkan gaya-gaya yang kuat pada atom tetangganya sehingga dalam daerah ruang yang sempit moment ini disearahkan satu sama lain sekalipun medan luarnya tidak ada lagi. Daerah ruang tempat momen dipol magnetik disearahkan ini disebut magnetik domain.

12

BAB III PEMBAHASAN

3.1. Instrumentasi

Gambar 6: Skema penggunaan alat magnetostriktif sensor Gambar di atas merupakan skema penggunaan alat magnetostrictive sensor (MsS) dan alat-alat lainnya untuk membangkitkan dan mendeteksi gelombang pandu. Alat MsS terdiri dari bagian pemancar (transmitter) dan penerima (receiver). Untuk bisa melakukan pengontrolan pada dua arah terhadap signal gelombang pandu yang dibangkitkan dan dideteksi, maka pada MsS terdapat dua transmitter dan dua receiver. Signal pantulan yang diterima akan ditampilkan pada layar monitor atau osiloskop (No Name, 2002). Sensor terdiri dari dua bagian. Bagian pertama mendeteksi perubahan magnetisasi dalam material, dengan menggunakan suatu kumparan yang dililitkan pada material yang akan diperiksa atau diuji. Bagian kedua menjadikan material yang akan dideteksi dalam keadaan termagnetisasi, dengan cara memberikan medan magnet luar melalui suatu magnet permanen, elektromagnetik atau induksi magnet (Kwun, 1991). Magnetisasi pada material berfungsi untuk meningkatkan kemampuan sensor(efisiensi transduction) merubah energi listrik menjadi energi mekanik dan sebaliknya,

juga menjadikan frekuensi-frekuensi signal listrik dan gelombang pandu sama. Efisiensitransduction meningkat diawali dengan peningkatan keadaan magnetisasi dalam

13

material, sampai pada tingkat maksimum dan kemudian mengalami penurunan pada peningkatan lebih lanjut dari keadaan magnetisasi material, hal ini dapat dilihat pada gambar berikut: (No Name, 2002).

Gambar 7: Efisiensi transduction terhadap Dc bias magnetic field 3.2. Prinsip Kerja Alat

Gambar 8: Prinsip kerja magnetostriktif sensor Ketika arus listrik mengalir pada ribbon coil melalui MsS, terjadi perubahan medan magnet pada cable stay yang akan dideteksi. Melalui efek magnetostriktif, gelombang listrik diubah menjadi gelombang mekanik. Gelombang mekanik kemudian dipancarkan pada cable stay yang menyebar dalam kedua arah sepanjang cable stay. Kemudian pantulan gelombang mekanik kembali ke ribbon coil dan diterima pada 14

receiver MsS, peristiwa ini disebabkan karena adanya perubahan dalam induksi magnet pada material melalui inverse efek magnetostriktif. Dalam alat penerima kemudian diproses dan dianalisa (Kwun, 1991).

3.3. Pengambilan Data Power Supply MsS 2020 Cable Stay Junction Box Nikel Strip Adaptor

Ribbon Coil

Gambar 9 : Blok skema pendeteksian. Gambar 9 menunjukkan proses pendeteksian yang dilakukan dengan menggunakan LRUT magnetostrictive sensor. Arus dari power supply dihubungkan ke MsSR 2020, kemudian dihubungkan ke adaptor melalui junction box. Pada junction box arus mulai terbagi menjadi dua arah, yaitu negatif (kiri) dan Positif (kanan). Adaptor yang dipakai disesuaikan dengan frekuensi yang digunakan, khusus untuk frekuensi 32 kHz digunakan dua adaptor. Arus dari adaptor akan membangkitkan medan magnet pada ribbon coil, karena arus yang diberikan bolak balik maka medan magnet yang dibangkitkan pada ribbon coil juga akan bolak balik. Bolak baliknya medan magnet pada ribbon coil mempengaruhi nikel strip yang ada di bawahnya. Nikel strip akan memanjang dan memendek sesuai dengan perubahan medan magnet pada ribbon coil. Berdasarkan konsep Joule Effect, apabila suatu material diberikan medan magnet luar akan mengakibatkan terjadinya perubahan panjang pada material tersebut. Nikel strip ini berfungsi sebagai transduser yang mengubah energi listrik menjadi mekanik, berupa ultrasonik yang akan ditransmisikan pada cable stay. Apabila gelombang menemukan suatu cacat maka gelombang tersebut akan dipantulkan kembali dan diterima oleh nikel strip. Pada nikel strip terjadi perubahan energi mekanik menjadi listrik. Setelah sampai pada MsSR 2020, signal pantulan akan diproses dan dianalisa. Tampilan signal pantulan dapat dilihat pada layar monitor laptop yang telah disambungkan dengan MsSR 2020. Tampilan signal pantulan ini merupakan out put dari proses pendeteksian dengan menggunakan LRUT.

15

Hasil pendeteksian diterima dalam bentuk signal pantulan. Signal yang diterima kemudian dianalisa, sehingga diperoleh data posisi welding dan keretakan. Dari amplitudo signal pantulan tersebut dapat dilihat dengan jelas dan dibedakan antarawelding dan keretakan. Selain itu dari analisa data dapat diketahui kalkulasi keretakan

dalam bentuk persentase. Hasil yang diperoleh akan diperbandingkan satu sama lain dengan menggunakan rumus, kemudian dapat diketahui tingkat keakuratan LRUT dalam mendeteksi keretakan.

Gambar 10: Tampilan signal pantulan yang diterima oleh alat MsS.

Gambar 10: signal pantulan yang diterima oleh alat MsS.

16

KESIMPULAN 1. Gelombang pandu merupakan gelombang mekanik yang dipancarkan dalam suatu medium yang pola rambatnya mengikuti bentuk geometri dari medium tersebut. 2. Pada cable stay gelombang pandu keluar dalam 3 bentuk gelombang, yaitu gelombang longitudinal (L), gelombang torsional (T) dan gelombang flexural (F). 3. Gelombang yang efektif digunakan pada cable stay adalah gelombang torsional. yang digunakan untuk mendeteksi gelombang pandu adalah

4. Alat

magnetostrictive sensor (MsS) yang terdiri dari bagian pemancar (transmitter)

dan penerima (receiver). 5. Mendeteksi keretakan pada cable stay dengan menggunakan LRUT lebih efesien dibandingkan konvensional. 6. Hasil pendeteksian diterima dalam bentuk signal pantulan dengan posisi welding dan keretakan, serta di bedakan dalam bentuk persentase kemudian dapat diketahui tingkat keakuratan LRUT dalam mendeteksi keretakan.

17

DAFTAR PUSTAKA Cawley, P. (2005), Practical Long Range Guided Wave Inspection ManagingComplexity, http://www.ndt.net/article/mendt03/4/4.htm

Kwun,

H.

(1991),

Back

in

Style:

Magnetostrictive

Sensor*,

http://www.swri.edu/3puds/brochure/d17/magneto/magneto.htm Kwun, H., S.Y. Kim, G.M. Light (2001), Long-Range Guided Wave Inspection ofStructures Using The Magnetostrictive Sensor, J. Korean Soc. For Nondestructive

Testing 21, pp. 383-390 No Name (2007),Long Range Ultrasonic Technology,

http://www.twi.co.uk/j32k/unprotected/band_1/lrut_index.html No Name (2006),Long Range Guided Ultrasonics,

http://www.twi.co.uk/j32k/protected/band_3/ksndt003.html No Name (2006),Magnetostrictive Linear Position Sensors,

http://www.sensorland.com/HowPage024.html No Name (2002), Operating Technical Instruction Manual for

MAGNETOSTRICTIVE SENSOR (MsS) INSTRUMENTATION SYSTEM, Model MsSR 2020, Model MsSR 2020D, Sensor system and NDE Technology Department Smilie, R.W. (1997), Ultrasonic Non Destructive Testing, Ph Diversfield, Inc, Unitet States of America Widharto, S. (2004), Inspeksi TEKNIK, PT. Pradnya Paramita, Jakarta

18

RIWAYAT HIDUP Penulis adalah putra pertama dari lima bersaudara pasangan Bpak Sukatman dan Ibu Jumiati. Penulis lahir pada tanggal 09 April 1985 di Siak. Penulis menyelesaikan pendidikan sekolah dasarnya di SDN 13 Parit IV Desa Leksamana pada tahun 1998, tahun 2002 tamat Sekolah Madrsah Tsanawiyah Roudhatul Thullab Desa Sepotong Bengkalis pada tahun 2005 lulus Sekolah Menengah Atas Negeri 3 Bengkalis. Penulis tercatat sebagai mahasiswa Universitas Riau pada bulan Juli 2005 melalui jalur PBUD pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Jurusan Fisika. Selama menjadi Mahasiswa penulis aktif dalam organisasi kemahasiswaan diantaranya Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) FMIPA UNRI, Pusat Kegiatan Aliansi Keluarga Mahasiswa Islam (PK ALKAMIL) FMIPA UNRI dan AR-Royyan UNRI. Pada masa studinya penulis juga telah melaksanakan KUKERTA (kuliah kerja nyata) di Desa Lalang Kec. Sei Apit Kab. Siak Provinsi Riau.

19